一種高速機(jī)車齒輪用高強(qiáng)度納米級(jí)碳化硅銅基復(fù)合合金新材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及銅基復(fù)合合金材料，特別是涉及一種高速機(jī)車齒輪用高強(qiáng)度納米級(jí)碳化娃銅基復(fù)合合金新材料。
【背景技術(shù)】
[0002]納米碳化娃(SiC)是一種通過(guò)一定的技術(shù)條件，在普通碳化娃材料的基礎(chǔ)上制備出的一種納米材料。納米碳化硅(SiC)具有純度高、粒徑小、分布均勻、比表面積大、高表面活性、松裝密度低，極好的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能，即具有高硬度、高耐磨性和良好的自潤(rùn)滑、高熱傳導(dǎo)率、低熱膨脹系數(shù)及高溫強(qiáng)度大等特點(diǎn)。
[0003]國(guó)標(biāo)銅合金(ZCuSnltJPb1)材料是一種多用途的錫青銅材料，由于硬度高、耐磨性極好、不易產(chǎn)生咬死現(xiàn)象、有較好的鑄造性能和可切削性、在大氣和淡水中有良好耐蝕性，因此主要用于如制造高負(fù)荷(20MPa以下)和高滑動(dòng)速度(8m/s)下工作的耐磨零件，例如連桿、襯套、軸瓦、齒輪、渦輪等。但是隨著我國(guó)高速鐵路的迅速發(fā)展，銅合金(ZCuSnwPb1)材料在滿足高速機(jī)車零部件的制造要求的同時(shí)，需要提高其相應(yīng)的強(qiáng)度，以減少其在一定時(shí)間段的磨損量，從而提高其使用年限，減少更換零部件頻率，降低相應(yīng)的運(yùn)行成本，節(jié)約資源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種具有更高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性以及耐腐蝕性的高速機(jī)車齒輪用高強(qiáng)度納米級(jí)碳化硅銅基復(fù)合合金新材料，延長(zhǎng)在高速鐵路機(jī)車用齒輪中的使用壽命。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0006]—種高速機(jī)車齒輪用高強(qiáng)度納米級(jí)碳化硅銅基復(fù)合合金新材料，銅基復(fù)合合金新材料的成分包含納米級(jí)碳化娃(SiC)和銅合金(ZCuSnltJPb1)，其中，銅基復(fù)合合金新材料的各成分組成按體積百分比分別為:納米級(jí)碳化硅(SiC):4-6%，銅合金(ZCuSnwPb1):94-96%。
[0007]進(jìn)一步地，銅基復(fù)合合金新材料的各成分組成按體積百分比分別為:納米級(jí)碳化硅(SiC):4.5-5.5%，銅合金(ZCuSn10Pb1):94.5-95.5%。
[0008]進(jìn)一步地，納米級(jí)碳化娃(SiC)是通過(guò)已知的方法制得，納米級(jí)碳化娃(SiC)的粒徑在10 μ m-100 μ m范圍內(nèi)。
[0009]進(jìn)一步地，銅合金(ZCuSn10Pb1)的鑄造是按照國(guó)標(biāo)GB/T 1176-2013的標(biāo)準(zhǔn)。
[0010]一種上述高速機(jī)車齒輪用高強(qiáng)度納米級(jí)碳化硅銅基復(fù)合合金新材料的制備方法，包含以下步驟:
[0011]步驟1:將電解銅、磷銅合金、錫錠按照重量比例放入電爐中熔煉；
[0012]步驟2:采用斯派克直讀光譜儀對(duì)熔煉完成的銅合金(ZCuSn10Pb1)液體進(jìn)行成分檢測(cè)；
[0013]步驟3:將納米級(jí)碳化娃(SiC)粉體放入檢驗(yàn)合格的銅合金(ZCuSnltJPb1)液體的表面，開啟工頻電爐的震動(dòng)裝置并用石墨棒進(jìn)行攪拌以均勻混合，然后進(jìn)一步升高溫度到保持溫度并在保持溫度下保持；
[0014]步驟4:保溫與鑄造，將熔煉完成的銅基復(fù)合合金新材料進(jìn)行保溫，采用連續(xù)鑄造的方式將銅基復(fù)合合金新材料鑄造成銅基復(fù)合合金新材料棒材；
[0015]步驟5:將鑄造完成的銅基復(fù)合合金新材料棒材進(jìn)行表面車加工處理，并按照出廠標(biāo)準(zhǔn)包裝。
[0016]進(jìn)一步地，步驟I中的熔煉溫度為1150°C -1200°C，熔煉時(shí)間為5_6小時(shí)。
[0017]進(jìn)一步地，步驟3中的保持溫度為1300°C -1400°C，保持時(shí)間為50_60分鐘。
[0018]進(jìn)一步地，步驟4中的保溫時(shí)間為10-15分鐘，鑄造溫度為1100°C _1150°C。
[0019]本發(fā)明的高速機(jī)車齒輪用高強(qiáng)度納米級(jí)碳化硅銅基復(fù)合合金新材料，將納米碳化硅(SiC)材料通過(guò)一定的技術(shù)手段均勻分布在現(xiàn)有的銅合金(ZCuSnwPb1)材料中，利用納米級(jí)碳化硅(SiC)高硬度、高耐磨性和良好的自潤(rùn)滑及高溫強(qiáng)度大的性能，實(shí)現(xiàn)銅合金(ZCuSn10Pb1)材料的性能的進(jìn)一步提升。本發(fā)明的高速機(jī)車齒輪用高強(qiáng)度納米級(jí)碳化硅銅基復(fù)合合金新材料具有比現(xiàn)有的銅合金(ZCuSnwPb1)更高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性以及耐腐蝕性，從而延長(zhǎng)在高速鐵路機(jī)車用齒輪中的使用壽命。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0021]本發(fā)明提供的高速機(jī)車齒輪用高強(qiáng)度納米級(jí)碳化硅銅基復(fù)合合金新材料，銅基復(fù)合合金新材料的成分包含納米級(jí)碳化娃(SiC)和銅合金(ZCuSnltJPb1)，其中，銅基復(fù)合合金新材料的各成分組成按體積百分比分別為:納米級(jí)碳化硅(SiC):4-6%，銅合金(ZCuSn10Pb1):94-96%。納米級(jí)碳化娃(SiC)是通過(guò)已知的方法制得，納米級(jí)碳化娃(SiC)的粒徑在10 μ m-100 μ m范圍內(nèi)。銅合金(ZCuSn10Pb1)的鑄造是按照國(guó)標(biāo)GB/T1176-2013的標(biāo)準(zhǔn)。
[0022]本發(fā)明提供的高速機(jī)車齒輪用高強(qiáng)度納米級(jí)碳化硅銅基復(fù)合合金新材料的制備，包含以下步驟:
[0023]步驟1:按照國(guó)標(biāo)GB/T 1176-2013的標(biāo)準(zhǔn)及銅合金(ZCuSn10Pb1)的化學(xué)成分要求將電解銅、磷銅合金、錫錠按照重量比例放入電爐中熔煉，熔煉期間根據(jù)熔爐的體積大小控制銅合金(ZCuSn10Pb1)液體體積在熔爐體積的90%以下，熔煉溫度為1150°C _1200°C，熔煉時(shí)間為5-6小時(shí)。
[0024]步驟2:采用斯派克直讀光譜儀對(duì)熔煉完成的銅合金(ZCuSn10Pb1)液體進(jìn)行成分檢測(cè)，以確定銅合金(ZCuSnltJPb1)液體的化學(xué)成分在國(guó)標(biāo)要求范圍之內(nèi)。
[0025]步驟3:將納米級(jí)碳化娃(SiC)粉體放入檢驗(yàn)合格的銅合金(ZCuSnltJPb1)液體的表面，開啟工頻電爐的震動(dòng)裝置并用石墨棒進(jìn)行攪拌以均勻混合，進(jìn)一步升高溫度到1300 0C -1400 °C 并保持 50-60 分鐘。
[0026]步驟4:保溫與鑄造，將熔煉完成的銅基復(fù)合合金新材料保溫10-15分鐘，采用連續(xù)鑄造的方式將銅基復(fù)合合金新材料鑄造成銅基復(fù)合合金新材料棒材，鑄造溫度為IlOO0C -1150。。；
[0027]步驟5:將鑄造完成的銅基復(fù)合合金新材料棒材進(jìn)行表面車加工處理，并按照出廠標(biāo)準(zhǔn)包裝。
[0028]實(shí)施例一:
[0029]按體積百分比為:納米級(jí)碳化娃(SiC):4%，銅合金(ZCuSnltJPb1):96%準(zhǔn)備原料。其中納米級(jí)碳化娃(SiC)是通過(guò)已知的方法制得，納米級(jí)碳化娃(SiC)的粒徑為10 μ m。銅合金(ZCuSnwPb1)的鑄造是按照國(guó)標(biāo)GB/T 1176-2013的標(biāo)準(zhǔn)。
[0030]首先，按照國(guó)標(biāo)GB/T 1176-2013的標(biāo)準(zhǔn)及銅合金(ZCuSn10Pb1)的化學(xué)成分要求將電解銅、磷銅合金、錫錠按照重量比例放入電爐中熔煉，熔煉期間根據(jù)熔爐的體積大小控制銅合金(ZCuSnwPb1)液體體積在熔爐體積的90%以下，熔煉溫度為1150°C，熔煉時(shí)間為5小時(shí)。
[0031]接著，采用斯派克直讀光譜儀對(duì)熔煉完成的銅合金(ZCuSnwPb1)液體進(jìn)行成分檢測(cè)，以確定銅合金(ZCuSnltJPb1)液體的化學(xué)成分在國(guó)標(biāo)要求范圍之內(nèi)。
[0032]接著，將納米級(jí)碳化娃(SiC)粉體放入檢驗(yàn)合格的銅合金(ZCuSnltJPb1)液體的表面，開啟工頻電爐的震動(dòng)裝置并用石墨棒進(jìn)行攪拌以均勻混合，進(jìn)一步升高溫度到1300°C并保持50分鐘。
[0033]接著，保溫與鑄造，將熔煉完成的銅基復(fù)合合金新材料保溫10分鐘，采用連續(xù)鑄造的方式將銅基復(fù)合合金新材料鑄造成銅基復(fù)合合金新材料棒材，鑄造溫度為IlOOcC ;
[0034]最后，將鑄造完成的銅基復(fù)合合金新材料棒材進(jìn)行表面車加工處理，并按照出廠標(biāo)準(zhǔn)包裝。
[0035]制備的高速機(jī)車齒輪用高強(qiáng)度納米級(jí)碳化硅銅基復(fù)合合金新材料的強(qiáng)度、硬度、耐磨性以及耐腐蝕性均高于銅合金(ZCuSnwPb1)材料，并且在高速鐵路機(jī)車用齒輪中的使用壽命延長(zhǎng)，更換頻率由4萬(wàn)公里提升到6.1萬(wàn)公里。
[0036]實(shí)施例二:
[0037]按體積百分比為:納米級(jí)碳化硅(SiC):4.5%，銅合金(ZCuSn10Pb1):95.5%準(zhǔn)備原料。其中納米級(jí)碳化娃(SiC)是通過(guò)已知的方法制得，納米級(jí)碳化娃(SiC)的粒徑為30μπι。銅合金(ZCuSn10Pb1)的鑄造是按照國(guó)標(biāo)GB/T 1176-2013的標(biāo)準(zhǔn)。
[0038]首先，按照國(guó)標(biāo)GB/T 1176-2013的標(biāo)準(zhǔn)及銅合金(ZCuSn10Pb1)的化學(xué)成分要求將電解銅、磷銅合金、錫錠按照重量比例放入電爐中熔煉，熔煉期間根據(jù)熔爐的體積大小控制銅合金(ZCuSn10Pb1)液體體積在熔爐體積的90%以下，熔煉溫度為1180°C，熔煉時(shí)間為5.5小時(shí)。
[0039]接著，采用斯派克直讀光譜儀對(duì)熔煉完成的銅合金(ZCuSnwPb1)液體進(jìn)行成分檢測(cè)，以確定銅合金(ZCuSnltJPb1)液體的化學(xué)成分在國(guó)標(biāo)要求范圍之內(nèi)。
[0040]接著，將納米級(jí)碳化娃(SiC)粉體放入檢驗(yàn)合格的銅合金(ZCuSnltJPb1)液體的表面，開啟工頻電爐的震動(dòng)裝置并用石墨棒進(jìn)行攪拌以均勻混合，進(jìn)一步升高溫度到1320°C并保持56分鐘。
[0041]接著，保溫與鑄造，將熔